DE102020127897A1

DE102020127897A1 - Free-piston generator for generating electrical energy by induction

Info

Publication number: DE102020127897A1
Application number: DE102020127897.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2022-04-28

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Freikolbengenerator zur Erzeugung einer elektrischen Energie durch Induktion, bestehend im Wesentlichen aus mindestens einem Zylinderraum, der durch eine Zylinderwandung begrenzt ist, wobei in dem Zylinderraum in dem ein Kolben, längsverschieblich gelagert auf einer Kolbenstange in und gegen die Pfeilrichtung sich bewegt, wobei der Kolben mit mindestens einem Magnetelement und die Zylinderraum mit mindestens einer Spule versehen ist. Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass der Freikolbengenerator (1, 101, 201, 301) um eine Achse (10, 110, 210, 310) in und gegen die Drehpfeilrichtung (11, 111, 211, 311) drehbar gelagert ist und dieser Drehbewegung eine weitere Drehbewegung über eine weitere Achse (13, 313) in und gegen die Drehpfeilrichtung (14, 314) überlagert ist, wobei die erste Achse (10, 110, 210, 310) zur weiteren Achse (13, 313) parallel ausgerichtet ist.

The invention relates to a free-piston generator for generating electrical energy by induction, consisting essentially of at least one cylinder chamber which is delimited by a cylinder wall, with a piston in the cylinder chamber being mounted on a piston rod so that it can be displaced longitudinally in and against the direction of the arrow moves, wherein the piston is provided with at least one magnetic element and the cylinder chamber with at least one coil. According to the invention, the free-piston generator (1, 101, 201, 301) is rotatably mounted about an axis (10, 110, 210, 310) in and counter to the direction of the arrow (11, 111, 211, 311) and this rotational movement is accompanied by a further Rotational movement via a further axis (13, 313) in and against the direction of the rotary arrow (14, 314) is superimposed, the first axis (10, 110, 210, 310) being aligned parallel to the further axis (13, 313).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Freikolbengenerator zur Erzeugung einer elektrischen Energie durch Induktion, bestehend im Wesentlichen aus mindestens einem Zylinderraum, der durch eine Zylinderwandung begrenzt ist, wobei in dem Zylinderraum in dem ein Kolben, längsverschieblich gelagert auf einer Kolbenstange in und gegen die Pfeilrichtung sich bewegt, wobei der Kolben mit mindestens einem Magnetelement und die Zylinderraum mit mindestens einer Spule versehen ist.The invention relates to a free-piston generator for generating electrical energy by induction, consisting essentially of at least one cylinder chamber which is delimited by a cylinder wall, with a piston in the cylinder chamber being mounted on a piston rod so that it can be displaced longitudinally in and against the direction of the arrow moves, wherein the piston is provided with at least one magnetic element and the cylinder chamber with at least one coil.

Definitionendefinitions

Der Stelzer Motor ist ein Freikolbenmotor mit zwei Zylindern. Er besteht aus nur wenigen Teilen und besitzt nur ein bewegliches Teil, einen Stufenkolben. Die Anzahl der feststehenden Gehäuseblöcke ist namensprägend für die 7er, 5er oder 3er Reihe. Der Stufenkolben besteht aus zwei fest an der Zylinderstange befestigten Kolben und einem ebenfalls feststehenden Mittelteil. Der bewegliche Stufenkolben ist frei fliegend. Die Kolbenenden können über den Zylinderblock hinaus schwingen. Im Gehäuse befinden sich zwei Brennräume (mit Zündkerzen) und zwei Vorvierdichtungskammern. Die schwingenden Kolben öffnen und schliessen die Ein- und Auslassschlitze sowie die Überstromkanäle. Die Kolben schwingen zwischen 1.000 bis 20.000mal pro Minute hin- und her. Die Zuführung des Kraftstoffes erfolgt über einen Unterdruck-Vergaser bzw. eine Einspritz-Pumpe. Über die Kraftstoffzuführung wird die Motor-Leistung gesteuert. Die Grenze liegt beim Abriss der Gaszuführung. Ist der „Stelzer“-Motor einmal gestartet (Elektrostarter), bleibt die Funktion so lange Kraftstoff zugeführt wird praktisch im optimalen Dauerlauf. Der Stelzermotor wird auch „Motor ohne Mechanik“ genannt. Der Stufenkolben kann für die verschiedenen Anwendungen unterschiedlich gestaltet sein und dient damit gleich als Aggregat. Um Fluide zu transportieren kann er durchbohrt sein. Das Medium wird durch die Bohrung hindurch transportiert. Bei hohen Schwingungszahlen sind keine Ventile nötig.The Stelzer engine is a free-piston engine with two cylinders. It consists of only a few parts and has only one moving part, a stepped piston. The number of fixed housing blocks defines the name of the 7, 5 or 3 series. The stepped piston consists of two pistons fixed to the cylinder rod and a middle section that is also fixed. The movable stepped piston is free-flying. The piston ends can swing beyond the cylinder block. In the case there are two combustion chambers (with spark plugs) and two pre-four-seal chambers. The oscillating pistons open and close the intake and exhaust ports as well as the overflow channels. The pistons oscillate back and forth between 1,000 and 20,000 times per minute. The fuel is supplied via a vacuum carburettor or an injection pump. The engine output is controlled via the fuel supply. The limit is when the gas supply is interrupted. Once the "Stelzer" engine has been started (electric starter), the function remains in optimal continuous operation as long as fuel is supplied. The Stelzer motor is also called "motor without mechanics". The stepped piston can be designed differently for the different applications and thus serves as a unit. It can be pierced to transport fluids. The medium is transported through the bore. No valves are required for high vibration rates.

Indem der Kolben kinematisch mit einem Stromgenerator zur Stromerzeugung gekoppelt wird, ist die Anwendung als Stromgenerator möglich. Dabei enthält die Generatorvariante im Unterschied zur Motorvariante einen elektrischen Lineargenerator, der mittels eines über den Kolben geführten und radial wirkenden Magnetfeldes Strom in eine Generatorspule induziert.By kinematically coupling the piston to a power generator to generate power, it can be used as a power generator. In contrast to the motor variant, the generator variant contains an electrical linear generator that induces current in a generator coil by means of a radially acting magnetic field that is guided over the piston.

Stand der TechnikState of the art

In der Technik, beispielsweise der DE 508 725 , sind bisher Zweitakt-Freikolbenmotoren und -generatoren bekannt, die über einen zentrales Pleuel beide Kolben miteinander verbinden, wobei auf dem verbindenden Pleuel ein Magnet mit radial wirkendem Magnetfeld angebracht ist, das in den Kolben eingelassene umgebende Spule Strom induziert. Die Zuführung des Kraftstoff-Luftgemisches erfolgt dabei entweder über einen aktiven Ventiltrieb oder über das in der Technik für Zeitaktmotoren bekannte „Überspülverfahren“. Aus dem Magnetfeld erzeugenden Läuferblock erfolgt die Krafteinwirkung in die stromerzeugende Spule per Druckkraft (bekannt als Linear Combustion Engine).In technology, for example DE 508 725 So far, two-stroke free-piston engines and generators are known which connect the two pistons to one another via a central connecting rod, with a magnet having a radially acting magnetic field being attached to the connecting rod and inducing current in the surrounding coil embedded in the piston. The fuel-air mixture is supplied either via an active valve train or via the "scavenging process" known in the technology for time-stroke engines. From the rotor block that generates the magnetic field, the force is applied to the current-generating coil by compressive force (known as the linear combustion engine).

Weiterhin beschreibt auch die DE 10 2009 040 051 B4 einen Freikolbenmotor. Ferner werden Hubkolbenmotoren oder Freikolbenmotoren unterschiedlicher Bauart auch noch in der DE 33 42 183 A1 , der DE 102 57 943 A1 , der DE 195 37 055 A1 , der DE 199 11 669 A1 , der DE 10 2006 059 557 A1 sowie der US 2006/0196456 A1 offenbart.Furthermore also describes the DE 10 2009 040 051 B4 a free piston engine. Furthermore, reciprocating engines or free-piston engines of different types are also in the DE 33 42 183 A1 , the DE 102 57 943 A1 , the DE 195 37 055 A1 , the DE 199 11 669 A1 , the DE 10 2006 059 557 A1 as well as the U.S. 2006/0196456 A1 disclosed.

Wesen all dieser Freikolbenmotoren ist, dass ihre jeweiligen Kolben eine translatorische, lineare, oszillierende Bewegung in ihrem Zylinder ausführen, dass sie keine Pleuelstange mit anzutreibender Kurbelwelle haben, sodass ihre Kolben mit geringer zu beschleunigender Masse ausgestattet sind, was hohe Verdichtung und somit einen hohen Wirkungsgrad fördert und dass sie bei für die Erzeugung elektrischer Energie einen durch ihren Kolben bewegten radial wirkenden Permanentmagneten oder ein Magnetfeld erzeugende Läuferspule enthalten, die per Lorentzkraft Strom in eine Generatorspule induziert. Damit ein Freikolbenmotor starten kann, muss dieser über einen separaten Starter in Bewegung versetzt werden. Der weitere Antrieb erfolgt durch die Zuführung des Kraftstoff-Luftgemisches und dessen Verbrennung.The essence of all these free-piston engines is that their respective pistons perform a translatory, linear, oscillating movement in their cylinder, that they do not have a connecting rod with a crankshaft to be driven, so that their pistons are equipped with a low mass to be accelerated, which means high compression and thus high efficiency promotes and that they contain a radially acting permanent magnet moved by their piston for the generation of electrical energy or a rotor coil that generates a magnetic field and induces current in a generator coil using the Lorentz force. In order for a free-piston engine to start, it must be set in motion by a separate starter. The further drive takes place through the supply of the fuel-air mixture and its combustion.

Nachteile des Standes der TechnikDisadvantages of the Prior Art

Für die Herstellung von Strom wird die Verbrennung von fossilen Brennstoffen ausgenutzt. Dies führt zu einer Umweltbelastung. Zudem werden durch die Verbrennung und die dabei freigesetzte Wärme die Eigenschaften der magnetischen Materialien verändert, in der Regel sogar verschlechtert.The combustion of fossil fuels is used to generate electricity. This leads to environmental pollution. In addition, the properties of the magnetic materials are changed, usually even worsened, by the combustion and the heat released in the process.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Prinzip des Freikolbenmotors hinsichtlich seiner möglichen Verbrennung umweltfreundlicher zu gestalten. The object of the invention is to make the principle of the free-piston engine more environmentally friendly with regard to its possible combustion.

Lösung der Aufgabesolution of the task

Die Lösung der Aufgabe besteht in den Merkmalen des Anspruchs 1.The solution to the problem consists in the features of claim 1.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Ein erfindungsgemässer Freikolbenmotor ist als Freikolbengenerator ausgebildet und besteht in seiner Grundausführung aus einem geschlossenen Zylinderraum, innerhalb dessen auf einer Kolbenstande ein Kolben verschieblich gelagert ist. Der Grundgedanke der Erfindung ist es, dass die jeweiligen Kolben des Freikolbengenerators passiv, d.h. ohne Verbrennung von fossilen Brennstoffen bewegt werden. Innerhalb des Zylinderraums ist der Kolben geführt und kann sich durch die auf ihn wirkende äussere Kraft innerhalb des Zylinderraums hin und her bewegen. Durch eine magnetische Induktion des Kolbens in Zusammenwirken mit einer am Zylinderraum angeordneten Spule wird Strom gewonnen, der an einer Schnittstelle abgegriffen und einem Speichermedium oder einem Verbraucher zugeführt wird.A free-piston engine according to the invention is designed as a free-piston generator and, in its basic design, consists of a closed cylinder space within which a piston is movably mounted on a piston stand. The basic idea of the invention is that the respective pistons of the free-piston generator are moved passively, i.e. without burning fossil fuels. The piston is guided within the cylinder space and can move back and forth within the cylinder space due to the external force acting on it. Through a magnetic induction of the piston in interaction with a coil arranged in the cylinder chamber, current is generated, which is tapped off at an interface and fed to a storage medium or a consumer.

Vorteilhafterweise wird dies dadurch erreicht, dass die jeweiligen Freikolbengeneratoren um eine Achse durch geeignete Mittel gedreht werden.Advantageously, this is achieved by rotating the respective free piston generators about an axis by suitable means.

Eine besondere Ausgestaltung liegt vor, wenn mehrere Freikolbengeneratoren sich um ihre jeweiligen eigenen Achsen drehen und diese eigenen Drehungen von einer weiteren übergeordneten Drehung überlagert werden. Als Anwendung kann eine Anordnung an einem Rad gesehen werden, wobei sternförmig von einer Nullposition zur Achsmitte des Rads die jeweiligen Freikolbengeneratoren angeordnet sind. Das Rad wird zusätzlich als Ganzes gedreht. Durch die auftretende Zentrifugalkraft des drehenden Rades gelangen die jeweiligen Kolben der Freikolbengeneratoren nach aussen. Sind diese aussen angelangt, wird der jeweilige Freikolbengenerator zwangsbewegt. Die Drehung wird durch eine Kopplung an die Achse des Rads erreicht. Dadurch werden die jeweiligen Kolben hin - und herbewegt und Strom wird in die entsprechend vorgesehene Induktionsvorrichtung, die in jedem Freikolbengenerator vorhanden ist, induziert.A special embodiment occurs when several free-piston generators rotate about their respective own axes and these own rotations are superimposed by a further superordinate rotation. An arrangement on a wheel can be seen as an application, with the respective free-piston generators being arranged in a star shape from a zero position to the axis center of the wheel. The wheel is also rotated as a whole. Due to the centrifugal force of the rotating wheel, the respective pistons of the free-piston generators move outwards. Once these have reached the outside, the respective free-piston generator is forced to move. The rotation is achieved through a coupling to the axis of the wheel. This reciprocates the respective pistons and induces current in the appropriate induction device provided in each free piston generator.

Dabei können die Kolben als Doppelfreikolben ausgelegt sein, so dass eine gleichmässige Bewegung erfolgt. Ferner ist vorgesehen, mehrere solcher erfindungsgemässen Freikolbengeneratoren parallel anzuordnen und vergleichsweise wie Batterien und Akkumulatoren in Reihe oder Serie zu schalten.In this case, the pistons can be designed as double free pistons, so that a uniform movement takes place. Furthermore, it is provided to arrange several such free-piston generators according to the invention in parallel and to connect them in series or in series like batteries and accumulators.

Weitere Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Zeichnungen hervor.Further configurations emerge from the following description, the claims and the drawings.

Figurenlistecharacter list

Es zeigen:

1 [A-B] eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Freikolbengenerators;
2 [A-B] eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Freikolbengenerators;
3 [A-B] eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Freikolbengenerators;
4 eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels des ersten Ausführungsbeispiels des Freikolbengenerators;
5 eine Ansicht auf das dritte Ausführungsbeispiel gemäss 4;
6 eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels des abgewandelten ersten Ausführungsbeispiels des Freikolbengenerators;
7 eine schematische Darstellung einer Implementierung des in 6 dargestellten Anwendungsbeispiels.

Show it:

1 [AB] is a schematic representation of a first embodiment of a free-piston generator;
2 [AB] is a schematic representation of a second embodiment of a free-piston generator;
3 [AB] is a schematic representation of a third embodiment of a free-piston generator;
4 a schematic representation of an application example of the first embodiment of the free-piston generator;
5 according to a view of the third embodiment 4 ;
6 a schematic representation of an application example of the modified first embodiment of the free-piston generator;
7 a schematic representation of an implementation of the in 6 illustrated application example.

Beschreibung eines AusführungsbeispielsDescription of an embodiment

In den 1A und 1B ist die Grundidee des erfindungsgemässen Freikolbengenerator 1 dargestellt. Dieser Freikolbengenerator 1 umfasst einen Zylinderraum 2, in dem ein Kolben 3, längsverschieblich gelagert auf einer Kolbenstange 4 in und gegen die Pfeilrichtung 5 sich bewegen kann.In the 1A and 1B the basic idea of the free-piston generator 1 according to the invention is shown. This free-piston generator 1 comprises a cylinder chamber 2 in which a piston 3, mounted for longitudinal displacement on a piston rod 4, can move in and against the direction of the arrow 5.

Der Zylinderraum 2 wird durch eine Zylinderwandung 6 umgeben. In definierten Bereichen der Zylinderwandung 6 sind Spulen 7 angeordnet, die an einer Schnittstelle 8 zusammengeführt werden. Der Kolben 3 weist auf seinem Umfang Magnetelemente 9 auf. Diese Magnetelemente 9 können Permanent- oder Elektromagnete sein.The cylinder space 2 is surrounded by a cylinder wall 6 . Coils 7 are arranged in defined areas of the cylinder wall 6 and are brought together at an interface 8 . The piston 3 has magnetic elements 9 on its circumference. These magnetic elements 9 can be permanent magnets or electromagnets.

Durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 3, in den 1A und 1B jeweils eine mögliche Stellung des Kolbens 3 gezeigt, wird in die Spule 7 durch das von den Magnetelementen 9 erzeugte Magnetfeld Strom induziert.By the reciprocating movement of the piston 3, in the 1A and 1B each time a possible position of the piston 3 is shown, current is induced in the coil 7 by the magnetic field generated by the magnetic elements 9 .

Damit sich die Kolben 3 in und gegen die Pfeilrichtung 5 bewegen, ist die Lagerung der Freikolbengenerator 1 auf einer Achse 10 vorgesehen. Diese Lagerung erlaubt, den Freikolbengenerator 1 in und gegen die Drehpfeilrichtung 11 zu verdrehen.In order for the pistons 3 to move in and against the direction of the arrow 5 , the free-piston generator 1 is mounted on an axis 10 . This bearing allows the free-piston generator 1 to be rotated in and against the direction of the arrow 11 .

Der Zylinderraum 2 ist durch den Kolben 3 in zwei Bereiche unterteilt. Damit die durch den Kolben 3 verdichtete Luft auch zumindest teilweise entweichen kann, weisen die jeweiligen Bereiche mindestens ein Ventil 12 auf. Bewegt sich der Kolben 3 auf das Ventil 12 zu, so schliesst dieses, wohingegen das weitere Ventil 12 sich öffnet, da sich der Kolben 3 von diesem wegbewegt. Die Luft kann dann in dem einen Bereich entweichen, in dem anderen Bereich wird sie verdichtet. Als vorteilhafter Nebeneffekt dient die verdichtete Luft auch als Luftpolster für den Kolben 3.The cylinder chamber 2 is divided into two areas by the piston 3 . The respective areas have at least one valve 12 so that the air compressed by the piston 3 can also escape at least partially. If the piston 3 moves towards the valve 12, this closes, whereas the further valve 12 opens as the piston 3 moves away from it. The air can then escape in one area and is compressed in the other area. As an advantageous side effect, the compressed air also serves as an air cushion for piston 3.

In den 2A und 2B ist eine Abwandlung der Grundidee des erfindungsgemässen Freikolbengenerator 101 gemäss 1 dargestellt. Dieser Freikolbengenerator 101 umfasst einen ersten Zylinderraum 102a, in dem ein erster Kolben 103a, längsverschieblich gelagert auf einer Kolbenstange 104 in und gegen die Pfeilrichtung 105 sich bewegen kann. Er weist zusätzlich einen zweiten Zylinderraum 102b mit einem zweiten Kolben 103b auf, wobei auch der zweite Kolben 103b mit der Kolbenstange 104 gekoppelt ist.In the 2A and 2 B is a modification of the basic idea of the free-piston generator 101 according to the invention 1 shown. This free-piston generator 101 includes a first cylinder space 102a, in which a first piston 103a, mounted for longitudinal displacement on a piston rod 104, can move in and against the direction of the arrow 105. It also has a second cylinder chamber 102b with a second piston 103b, the second piston 103b also being coupled to the piston rod 104.

Der erste Zylinderraum 102a wird durch eine Zylinderwandung 106 umgeben. In definierten Bereichen der Zylinderwandung 106 sind Spulen 107 angeordnet, die an einer Schnittstelle108 zusammengeführt werden. Der erste Kolben 103a weist auf seinem Umfang Magnetelemente 109 auf. Diese Magnetelemente 109 können Permanent- oder Elektromagnete sein.The first cylinder space 102a is surrounded by a cylinder wall 106 . Coils 107 are arranged in defined areas of the cylinder wall 106 and are brought together at an interface 108 . The first piston 103a has magnetic elements 109 on its circumference. These magnetic elements 109 can be permanent magnets or electromagnets.

Durch die Hin- und Herbewegung der gekoppelten Kolbens 103, in den 2A und 2B jeweils eine mögliche Stellung der Kolbens 103 gezeigt, wird in die Spule 107 durch das von den Magnetelementen 109 erzeugte Magnetfeld Strom induziert.By the reciprocating movement of the coupled piston 103, in the 2A and 2 B In each case one possible position of the piston 103 is shown, current is induced in the coil 107 by the magnetic field generated by the magnetic elements 109 .

Damit sich die Kolben 103 in und gegen die Pfeilrichtung 105 bewegen, ist der Freikolbengenerator 101 auf einer Achse 110 gelagert. Diese Lagerung erlaubt, den Freikolbengenerator 101 in und gegen die Drehpfeilrichtung 111 zu verdrehen.The free-piston generator 101 is mounted on an axle 110 so that the pistons 103 can move in and against the direction of the arrow 105 . This bearing allows the free-piston generator 101 to be rotated in and against the direction of the arrow 111 .

Der Zylinderraum 102 ist durch den Kolben 103 in zwei Bereiche unterteilt. Damit die durch den Kolben 103 verdichtete Luft auch zumindest teilweise entweichen kann, weisen die jeweiligen Bereiche mindestens ein Ventil 112 auf. Bewegt sich der Kolben 103 auf das Ventil 112 zu, so schliesst dieses, wohingegen das weitere Ventil 112 sich öffnet, da sich der Kolben 103 von diesem wegbewegt. Die Luft kann dann in dem einen Bereich entweichen, in dem anderen Bereich wird sie verdichtet. Als vorteilhafter Nebeneffekt dient die verdichtete Luft auch als Luftpolster für den Kolben 103.The cylinder chamber 102 is divided into two areas by the piston 103 . The respective areas have at least one valve 112 so that the air compressed by the piston 103 can also escape at least partially. If the piston 103 moves towards the valve 112, this closes, whereas the further valve 112 opens, since the piston 103 moves away from it. The air can then escape in one area and is compressed in the other area. As an advantageous side effect, the compressed air also serves as an air cushion for piston 103.

In den 3A und 3B ist eine weitere Abwandlung der Grundidee des erfindungsgemässen Freikolbengenerator 201 gemäss 1 dargestellt. Dieser Freikolbengenerator 201 umfasst einen ersten Zylinderraum 202a, in dem ein erster Kolben 203a, längsverschieblich gelagert auf einer Kolbenstange 204 in und gegen die Pfeilrichtung 205 sich bewegen kann. Zwischen den beiden Zylinderräumen 202a, 202b ist ein dritter Zylinderraum 202c mit einem weiteren Kolben 203c vorgesehen. Er weist zusätzlich einen zweiten Zylinderraum 202b mit einem zweiten Kolben 203b auf, wobei auch der zweite Kolben 203b mit der gemeinsamen Kolbenstange 204 gekoppelt ist.In the 3A and 3B is a further modification of the basic idea of the free-piston generator 201 according to the invention 1 shown. This free-piston generator 201 includes a first cylinder chamber 202a, in which a first piston 203a, mounted for longitudinal displacement on a piston rod 204, can move in and against the direction of the arrow 205. A third cylinder chamber 202c with a further piston 203c is provided between the two cylinder chambers 202a, 202b. It also has a second cylinder chamber 202b with a second piston 203b, the second piston 203b also being coupled to the common piston rod 204.

Der erste Zylinderraum 202a wird durch eine Zylinderwandung 206 umgeben. In definierten Bereichen der Zylinderwandung 206 sind Spulen 207 angeordnet, die an einer Schnittstelle 208 zusammengeführt werden. Der erste Kolben 203a weist auf seinem Umfang Magnetelemente 209 auf. Diese Magnetelemente 209 können Permanent- oder Elektromagnete sein.The first cylinder space 202a is surrounded by a cylinder wall 206 . Coils 207 are arranged in defined areas of the cylinder wall 206 and are brought together at an interface 208 . The first piston 203a has magnetic elements 209 on its circumference. These magnetic elements 209 can be permanent magnets or electromagnets.

Durch die Hin- und Herbewegung der gekoppelten Kolben 203, in den 3A und 3B jeweils eine mögliche Stellung der Kolbens 203 gezeigt, wird in die Spule 207 durch das von den Magnetelementen 209 erzeugte Magnetfeld Strom induziert.By the reciprocation of the coupled pistons 203, in the 3A and 3B In each case one possible position of the piston 203 is shown, current is induced in the coil 207 by the magnetic field generated by the magnet elements 209 .

Damit sich die Kolben 203 in und gegen die Pfeilrichtung 205 bewegen, ist der Freikolbengenerator 201 auf einer Achse 210 gelagert. Diese Lagerung erlaubt, den Freikolbengenerator 210 sich in und gegen die Drehpfeilrichtung 211 zu verdrehen.The free-piston generator 201 is mounted on an axle 210 so that the pistons 203 can move in and against the direction of the arrow 205 . This bearing allows the free-piston generator 210 to rotate in and against the direction of the arrow 211 .

Die Zylinderräume 202 sind durch den Kolben 203 in zwei Bereiche unterteilt. Damit die durch den Kolben 203 verdichtete Luft auch zumindest teilweise entweichen kann, weisen die jeweiligen Bereiche mindestens ein Ventil 212 auf. Bewegt sich der Kolben 203 auf das Ventil 212 zu, so schliesst dieses, wohingegen das weitere Ventil 212 sich öffnet, da sich der Kolben 203 von diesem wegbewegt. Die Luft kann dann in dem einen Bereich zumindest teilweise entweichen, in dem anderen Bereich wird sie verdichtet. Als vorteilhafter Nebeneffekt dient die verdichtete Luft auch als Luftpolster für den Kolben 203.The cylinder chambers 202 are divided into two areas by the piston 203 . The respective areas have at least one valve 212 so that the air compressed by the piston 203 can also escape at least partially. If the piston 203 moves towards the valve 212, this closes, whereas the further valve 212 opens, since the piston 203 moves away from it. The air can then escape at least partially in one area and is compressed in the other area. As an advantageous side effect, the compressed air also serves as an air cushion for piston 203.

In 4 ist ein Anwendungsbeispiel gezeigt. Es sind drei Freikolbengeneratoren 1 gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diese sind, wie in 5 zusätzlich dargestellt, sternförmig angeordnet. Diese Freikolbengeneratoren 1 drehen sich um eine definierte Achse 10 in oder gegen die Drehpfeilrichtung 11. Dieser Drehung wird eine beliebig ausgebildete weitere Drehung entlang einer Achse 13 in und gegen die Drehpfeilrichtung 14. Durch die mittelbare oder unmittelbare Kopplung der jeweiligen Freikolbengeneratoren mit dieser weiteren Achse 13 werden die Kolben 3 in und gegen die Pfeilrichtung 5 bewegt, so dass hier Strom induziert wird.In 4 an application example is shown. Three free-piston generators 1 according to the first exemplary embodiment are shown. These are, as in 5 additionally shown, arranged in a star shape. These free-piston generators 1 rotate about a defined axis 10 in or against the direction of rotation arrow 11. This rotation becomes an arbitrarily configured further rotation along an axis 13 in and against the direction of rotation arrow 14. Through the indirect or direct coupling of the respective free-piston generators with this additional axis 13 the pistons 3 are moved in and against the direction of the arrow 5, so that current is induced here.

In 6 ist ein weiteres Anwendungsbeispiel gezeigt. Es sind drei Freikolbengeneratoren 301, wobei sich die hier dargestellten Freikolbengeneratoren 301 von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheiden, dass die einen wesentlich längeren Kolben 303 mit länger angelegten Magnetelementen 309 sowie einer breitere Fläche, die mit der Spule 307 ausgelegt ist, aufweisen.In 6 Another application example is shown. There are three free-piston generators 301, with the free-piston generators shown here ren 301 differ from the first exemplary embodiment in that they have a significantly longer piston 303 with longer applied magnetic elements 309 and a wider surface, which is designed with the coil 307.

Diese Freikolbengeneratoren sind in einer Ausgangsstellung sternförmig angeordnet. Diese Freikolbengeneratoren 301 drehen sich um eine definierte Achse 310 in oder gegen die Drehpfeilrichtung 311. Dieser Drehung wird eine weitere Drehung entlang einer Achse 313 in und gegen die Drehpfeilrichtung 314 überlagert. Durch die mittelbare oder unmittelbare Kopplung der jeweiligen Freikolbengeneratoren mit dieser weiteren Achse 313 werden die Kolben 303 in und gegen die Pfeilrichtung 315 bewegt, so dass hier Strom induziert wird.These free-piston generators are arranged in a star shape in an initial position. These free-piston generators 301 rotate about a defined axis 310 in or against the direction of the rotary arrow 311. A further rotation along an axis 313 in and against the direction of the rotary arrow 314 is superimposed on this rotation. Due to the direct or indirect coupling of the respective free-piston generators to this further axis 313, the pistons 303 are moved in and against the direction of the arrow 315, so that current is induced here.

In 7 ist ein Anwendungsbeispiel der Ausführung gemäss 6 an einem Rad R an einem Auto A gezeigt. Die weitere Achse 313 entspricht der Achse des Rads R und die Drehrichtung in Pfeilrichtung des Pfeils 314 der Drehung des Rads R, wenn das Auto fährt.In 7 is an application example of the embodiment according to 6 shown on a wheel R on a car A. The other axis 313 corresponds to the axis of the R wheel, and the direction of rotation in the direction of the arrow 314 corresponds to the rotation of the R wheel when the car is running.

Mit dem Freikolbengenerator ist das Prinzip des Freikolbenmotors mit zusätzlichem Lineargenerator noch weiter vereinfacht worden und benötigt im Gegensatz zu dem bisherigen Stand der Technik keine Verbrennungsenergie.With the free-piston generator, the principle of the free-piston engine with an additional linear generator has been simplified even further and, in contrast to the prior art, requires no combustion energy.

BezugszeichenlisteReference List

1, 101, 201, 3011, 101, 201, 301: Freikolbengeneratorfree piston generator
2, 102a, 102b, 202a, 202b, 202c, 3022, 102a, 102b, 202a, 202b, 202c, 302: Zylinderraumcylinder space
3, 103a, 103b, 203a, 203b, 203c, 3033, 103a, 103b, 203a, 203b, 203c, 303: KolbenPistons
4, 104, 204, 3044, 104, 204, 304: Kolbenstangepiston rod
5, 105, 205, 3055, 105, 205, 305: Pfeilrichtungarrow direction
6, 106, 2066, 106, 206: Zylinderwandungcylinder wall
7, 107, 207, 3077, 107, 207, 307: SpulenWash
8, 108, 2088, 108, 208: Schnittstelleinterface
9, 109, 209, 3099, 109, 209, 309: Magnetelementemagnetic elements
10, 110, 210, 31010, 110, 210, 310: Achseaxis
11, 111, 211, 31111, 111, 211, 311: Drehpfeilrichtungspin arrow direction
12, 112, 21212, 112, 212: VentilValve
13, 113, 213, 31313, 113, 213, 313: Achseaxis
14, 114, 214, 31414, 114, 214, 314: Drehpfeilrichtung spin arrow direction
AA: Autoautomobile
RR: Radwheel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 508725 [0004]
DE 102009040051 B4 [0005]
DE 3342183 A1 [0005]
DE 10257943 A1 [0005]
DE 19537055 A1 [0005]
DE 19911669 A1 [0005]
DE 102006059557 A1 [0005]
US 2006/0196456 A1 [0005]

Claims

Free-piston generator for generating electrical energy by induction, consisting essentially of at least one cylinder chamber, which is delimited by a cylinder wall, wherein in the cylinder chamber in which a piston, mounted for longitudinal displacement on a piston rod, moves in and against the direction of the arrow, the piston with at least one magnetic element and the cylinder space is provided with at least one coil, characterized in that the free-piston generator (1, 101, 201, 301) rotates about an axis (10, 110, 210, 310) in and against the direction of the arrow (11, 111, 211, 311) is rotatably mounted and this rotary movement is superimposed on a further rotary movement via a further axis (13, 313) in and against the direction of the rotary arrow (14, 314), the first axis (10, 110, 210, 310) for the further Axis (13, 113, 213, 313) is aligned parallel.

free piston generator claim 1 , characterized in that the further axis (13, 313) is driven by an external drive.

free piston generator claim 1 or 2 , characterized in that a free-piston generator (1, 101, 201, 301) is arranged in such a way that the virtual lengthening of the piston rod (4, 104, 204, 304) corresponds to the virtual lengthening of the further axis (13, 113, 213, 313 ) intersects perpendicularly.

Free-piston generator according to one of the preceding claims, characterized in that several cylinder chambers (2, 102, 202, 302) are provided, which form a free-piston generator (1, 101, 201, 301) and in which at least one piston moves back and forth.

Free-piston generator according to one of the preceding claims, characterized in that both electrical energy and compressed air can be generated in a dual function.